空间碰撞半实物模拟是空间系统碰撞地面实验的关键技术，空间碰撞地面半实物模拟装备是我国探月工程的重要实验系统之一。本书是一部介绍作者利用并联机器人设计和控制理论建立空间碰撞地面半实物模拟系统设计方法的专著。主要内容包括：基于GF集理论的模拟系统构型设计；基于工作空间关键点特性的模拟系统机构尺度设计；基于动态响应特性的模拟系统尺度优化设计；基于动态响应目标的模拟系统驱动与传动系统设计；模拟系统机构运动学参数辨识和标定；空间碰撞动力学与半实物模拟失真补偿方法；模拟系统的控制系统设计等。本书为空间碰撞地面半实物模拟系统的研制提供了理论和技术支持。
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《21世纪先进制造技术丛书》序
前言
第1章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 运动模拟器的发展现状 3
1.3 空间交会对接地面模拟系统 6
1.4 空间碰撞半实物模拟技术 8
1.5 空间碰撞式对接模拟需求 11
1.6 模拟器机构技术研究现状 13
1.6.1 并联机构的构型方法 13
1.6.2 并联机构的运动学及动力学 14
1.6.3 并联机构的工作空间 15
1.6.4 并联机构的尺度综合 17
1.6.5 并联机构的标定 18
1.7 空间碰撞半实物模拟失真补偿研究现状 19
1.8 本书主要内容 20
第2章 空间碰撞半实物模拟系统的构型及建模 21
2.1 引言 21
2.2 空间碰撞半实物模拟的运动功能 21
2.3 基于空间碰撞需求的机构构型 28
2.4 半实物模拟机构的参数分析 35
2.5 半实物模拟机构的运动学建模 42
2.5.1 碰撞模拟机构的运动学建模 42
2.5.2 交会模拟机构的运动学建模 46
2.6 九轴联动系统的运动协同建模与测试 51
2.6.1 飞行器相对运动分解 51
2.6.2 协作控制方案及仿真 53
第3章 模拟器的尺度设计关键点法 57
3.1 引言 57
3.2 空间碰撞式对接模拟的运动空间参数建模 57
3.3 碰撞模拟机构尺度与运动学特性的关系。63
3.4 碰撞模拟机构的关键点 66
3.4.1 第一组支链的关键点特性研究 67
3.4.2 第二组支链的关键点特性研究 72
3.4.3 机构的关键点特性 74
3.5 基于关键点特性的尺度设计 77
3.6 碰撞模拟机构的干涉与条件数分析 79
3.7 交会模拟机构的尺度设计 81
第4章 基于动态响应的尺度优化设计 83
4.1 引言 83
4.2 模拟器的等效惯性参数建模 83
4.2.1 运动平台的等效质量惯量 84
4.2.2 连杆的等效质量惯量 86
4.2.3 滑块的等效质量惯量 87
4.3 模拟器的等效刚度参数建模 88
4.4 固有频率及尺度综合的参数建模 92
4.5 基于动态响应及关键点的尺度优化 95
4.6 模拟器的结构设计 99
第5章 模拟器的驱动与传动系统设计 103
5.1 引言 103
5.2 模拟器的动力学建模 103
5.3 模拟器的机电一体化数字样机 109
5.4 模拟器的驱动能力需求分析 113
5.4.1 空间碰撞测试实验的T况分析 113
5.4.2 丝杠端需求驱动能力计算 114
5.4.3 滑块端需求驱动能力计算 118
5.5 模拟器驱动与传动系统选型 119
5.6 模拟器的综合性能测试 122
第6章 模拟器的精度分析与标定 126
6.1 引言 126
6.2 模拟器的精度影响因素分析 126
6.3 模拟器参数误差传递模型 129
6.3.1 连杆长度误差对输出精度的影响关系建模 129
6.3.2 驱动行程误差对输精度的影响关系建模一 131
6.3.3 滑块铰链中心点初始零位误差对输精度的影响关系建模 132
6.3.4 运动平台铰链中心点位置误差对输精度的影响关系建模 133
6.3.5 导轨方向误差对输精度的影响关系建模 134
6.4 模拟器尺度参数辨识模型 135
6.5 模拟器参数辨识模型收敛性分析 143
6.5.1 标定模拟实验方案 143
6.5.2 理想情况下的模拟实验 144
6.5.3 含有随机干扰的模拟实验 146
6.6 模拟器尺度参数的标定与测试 147
6.6.1 标定实验的坐标系建立 147
6.6.2 测量前期准备工作 149
6.6.3 标定实验方案及参数修正 151
6.6.4 运动模拟器的标定实验 153
第7章 空间碰撞动力学与地面半实物模拟失真补偿 155
7.1 引言 155
7.2 空间碰撞动力学模型 156
7.2.1 飞行器坐标系 156
7.2.2 空间物体碰撞动力学 157
7.2.3 运动模拟器坐标系 160
7.2.4 运动模拟器位姿和速度计算 161
7.3 空间碰撞地面半实物模拟失真机理 162
7.3.1 模拟失真的仿真模型 162
7.3.2 模拟失真现象 163
7.3.3 模拟失真机理 165
7.3.4 模拟失真的相位分析 166
7.4 空间碰撞地面半实物模拟失真补偿 168
7.4.1 模拟失真补偿原理 168
7.4.2 模拟失真补偿模型 169
7.5 空间碰撞地面半实物模拟失真补偿性能测试 172
7.5.1 无阻尼碰撞棒碰撞模拟测试 172
7.5.2 多爪对接机构碰撞模拟测试 175
第8章 空间碰撞地面半实物模拟控制系统 177
8.1 引言 177
8.2 控制系统组成 177
8.3 运动模拟器控制系统 178
8.3.1 运动模拟器控制系统的主要功能 178
8.3.2 运动模拟器驱动系统 179
8.3.3 运动模拟器控制性能测试 181
8.4 力采集与动力学仿真系统 189
8.4.1 力采集与动力学仿真系统的主要功能 189
8.4.2 力采集与动力学仿真系统的硬件和软件 189
8.5 实时监控系统 190
8.5.1 实时监控系统的主要功能 190
8.5.2 实时监控系统的硬件和软件 190
8.6 仿真显示系统 191
8.6.1 仿真显示系统的主要功能 191
8.6.2 仿真显示系统的硬件和软件 191
8.7 数据库系统 192
8.7.1 数据库系统的主要功能 192
8.7.2 数据库系统的硬件和软件 192
8.8 中央控制台系统 193
8.8.1 中央控制台系统的主要功能 193
8.8.2 中央控制台系统的硬件和软件 193
参考文献 195
索引 203
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